Diesel engines are required to substantially reduce exhaust emission with future emission legislations. Many researches for optimizing diesel fuel spray and combustion with various injectors have been conducted. This paper investigated the fuel spray characteristics of three injectors with identical hydraulic flow rate and various numbers and diameters of nozzle holes and their effects on the engine fuel consumption and emission characteristics. This research could evaluate the necessity and requirements for the adoption of larger number of injector nozzle holes. The spray visualization were conducted with constant-volume combustion chamber which simulates the ambient pressure and temperature of an actual engine. The engine used in the experiment was 0.4L single-cylinder engine. Injectors with smaller nozzle hole diameter showed shallower liquid spray penetration and vapor penetration, and had the larger total vapor spray cross-sectional area because of larger numbers of nozzle holes. The engine experiment showed that the fuel consumption was lower with injectors with the larger number of nozzle hole with early start of heat release. Maximum heat release rate and NOx emission were similar. The larger distribution of fuel spray and improved fuel atomization and vaporization resulted the lower particulate matter emission. Also, the trade-off between NOx and fuel consumption, and particulate matter were improved with the larger number and smaller diameter of nozzle holes.
디젤 엔진의 배기 배출물 저감을 위해 연료 분사계 및 분사기의 최적화에 대한 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 분공수와 노즐 직경이 다르면서 동일한 유량 특성을 가지는 세 가지 분사기의 분무 특성과 엔진에서의 성능 및 배기 특성을 알아보고 분사기 분공수 증가의 타당성에 대해 평가하였다. 분무 특성은 엔진 내부 환경을 모사하는 정적 연소 챔버에서 진행되었으며, 엔진 성능 및 배기 특성은 0.4L 단기통 엔진에서 진행되었다. 액상 및 기상 분무의 도달 거리는 노즐 직경이 작아질수록 짧아졌지만, 분공수가 많은 분사기에서 액상의 전체 면적이 작고, 기상의 전체 면적은 넓었다. 세 가지 인젝터의 성능 및 배기 특성을 확인한 결과, 분공수가 많고 노즐 직경이 작아질수록 향상된 기화 특성 및 혼합으로 열방출이 가장 빠르게 시작되었고, 이로써 연료 소비율이 감소하였다. 동일 유량 특성으로 인하여 세 인젝터 모두 최대 열방출율은 동일하게 나타났고, 질소 산화물 배출량 또한 동등한 수준으로 나타났다. 넓은 기상 분무의 분포와 향상된 기화 수준으로 혼합이 향상되어 입자상 물질 배출량이 저감되는 것을 확인하였다. 동일 유량을 유지하면서 분공수가 증가하면 향상된 기화 특성과 넓은 연료 분포로 NOx 배출량에 대한 연료 소비율과 입자상 물질 배출량 상반관계가 개선된다는 것을 확인하였다.
